這篇環境工程師論文發表了城市LMAS系統的優化設計與實現，城市照明管理關系到城市體系結構的優化，論文介紹了智能管理的優化設計，從幾個方面探討了智能管理模式的主要體現，分析了系統工作原理和系統結構設計，使城市LMAS系統不斷完善和擴展。

　　摘要：LMAS(Lightscape Monitoring & Administration System)是城市照明監控管理系統的簡稱。本文在研究現今國內城市LMAS應用現狀基礎上，結合城市照明網總線星形結構的網絡結構特點及目前通信技術的發展，提出了城市照明網智能管理的新模式及其優化方案，以智能管理和節能控制為目的，結合工程實踐，對城市LMAS系統的工作原理和結構進行了分析論述，并進行了系統功能、體系結構及軟件的優化設計。

　　關鍵詞：環境工程師論文,LMAS,GPRS,智能管理,節能控制

　　引言

　　城市照明管理是城市管理中技術含量最高、難度最大的工作之一，很大程度上反映了一個城市的經濟實力、人文特色和現代化水平。九十年代起，有少數城市陸續局部安裝了路燈計算機自動測控系統，但其自動化程度不高，系統可靠性低。目前國內大部分系統都只能初步地實現 “三遙”控制及“線控”，不具備“點控”即監控到燈的功能，且控制方法多為“鐘控”和“光控”，二者均不能實現開關燈控制的合理化、科學化，能源浪費顯著，燈具設備壽命短。其安全運行目前基本依靠工作人員夜間巡視和群眾舉報的方式，造成發現故障的時間長、勞動強度大、效率低。作者針對上述問題提出了城市LMAS的新模式，對整個系統進行了功能、體系結構及軟件的優化設計。實踐證明：系統除能實現“五遙”外，還能實現單燈的智能監控，其安全性和節能效果顯著。

　　1 、智能管理的優化設計

　　本系統的研究將多元化的事務形成一個統一的模塊化、網絡化、智能化的整體系統，在實現強大的監控能力的同時，充分體現高度智能化、安全性、可靠性和能源的有效合理利用。本系統克服傳統的不足，在優化軟硬件結構的同時，進一步實現模塊化，通過集中控制和信息交流，采用多級管理結構，使得整個系統自成體系，形成全新的管理模式。其智能管理模式的優化設計主要體現在以下幾點：

　　其一，提高節能效果，采用先進的技術設備帶來運行管理維護成本的降低，通過專用的路燈節電器和智能可調光電子鎮流器的配合作

　　用，摒棄隔盞關燈的落后設計，實現光照度的遙調，達到節約電能和保護設備雙重目的;

　　其二，提高可靠性，采用“點控”技術和故障冷測試技術，保證未開燈情況下也能發現路燈故障、老化及斷路等問題，方便維護管理，確保高亮燈率，升級“線控”與“面控”技術;

　　其三，提高安全性，采用“實時監控”技術，實現遙測、遙信、遙控、遙調、遙視等“五遙”功能，實時監測并控制系統可能發生的災變，保證系統正常穩定的運行;

　　其四，系統具備防竅電與防盜功能，通過對運行參數的實時監測，異常變化時及時報警;

　　其五，提高管理效率，采用分布式網絡結構，以及數據分布采集、信息集中管理的方式，主控中心可對整個所轄照明網進行有效管理，提高管理的自動化水平和智能化水平。

　　2 、系統工作原理

　　2.1 通信方案設計

　　結合城市照明網的網絡結構特點(總線星形結構)及目前通信技術的發展，系統通信采用GPRS無線通信術[1]與電力載波通信相結合。GPRS通信方式具有投資成本低、通信質量可靠、通信速率高，實時在線，按流量計費(或包月)的特點。尤其是GPRS的實時在線特性，使系統無時延，無需輪巡就可以同步接收、處理多個/所有終端的數據，GPRS與其核心網絡中精確的信令處理程序相結合，以分組打包數據的形式傳遞短消息，克服了現有短消息業務在延遲時間、處理能力和無線資源利用率方面存在的固有缺陷，為短消息提供更高的傳輸速率和更快的發送時間。而采用電力載波技術無需再鋪設通信電纜就可實現對每盞燈的檢測(一般的電力載波芯片其通信距離不超過1千米，與目前燈具配電柜控制范圍相當)。在主控中心(主站)與配電監控終端(分站)之間采用GPRS無線通信，在配電監控終端與單燈監控終端(子機)之間采用電力載波通信技術。圖1為系統通信拓撲結構圖。

　　圖1 系統通信拓撲結構

　　Fig.1 The Topology Structure of System‘s Communication

　　2.2 工作原理

　　系統采用分布式主從監控方式，主體為星型網，各子站構成星型網的外圍節點，采用半雙工通信工作方式。每個分站和子站都有自己的專用地址，主站可對其進行選呼和群呼通信。選呼通信是針對某一特定終端的點對點通信方式，主要用于設備控制和日常維護工作;群呼通信是點對多點通信方式，主要用于參數狀態量測等工作。

　　為了盡量縮短系統巡檢周期，以便能在最短時間內發現燈具故障，采用故障上報和巡檢相結合的工作模式。分站根據預先設定的告警限判斷站點燈具設備是否發生故障，當燈具設備出現故障時，分站自動將故障的類型和發生故障時的狀態和運行數據打包上報主站，主站記錄并彈出報警窗口(反拔號功能)。站點的數量不影響故障上報時間。支持多點同時告警上報是短消息通信方式所特有的強大功能，它大大縮短了故障響應的時間。而單頻點的無線數據傳輸電臺，則無法實現故障上報，且站點數量越多，信息響應速度越低。同時，為了在無故障時監控中心維護人員也能夠查看站點信息，系統也支持巡檢工作方式，即監控中心也可以定期查詢各個站點運行信息。

　　3 、系統結構設計

　　系統設計成分層分布式結構，實行模塊化設計，以便于規劃和升級。根據其通信和工作原理劃分為主控中心、配電監控終端和單燈監控終端三部分。

　　主控中心位于城市路燈管理處，是整個監控系統的操作、維護、處理、統計、分析和監管的中心。根據功能要求設計為分布式開放式體系結構，其主要優點是組合靈活，功能擴展方便，通信速率快，可靠性高 [2].通過專線接入GPRS網絡的GGSN，接收采集終端傳來的站點號、注冊、運行參數等信息，解析后傳給相應管理軟件，作進一步處理與顯示。具體組網結構見圖2.

　　圖2 主控中心分布式開放式網絡圖

　　Fig.2 The Control Center‘s Distributing and Opening Network

　　配電監控終端位于路燈配電柜內，按嵌入式系統要求設計，既可由主站控制，也可獨立工作，實現對所管轄路燈的智能監控。監控終端采用分布式結構，由數字單元、模擬量I/O回路單元、開關量I/O回路單元、非電量輸入電路單元、人機對話回路單元、通信接口單元、電源單元等組成[4]，具有燈光節能設備控制接口。分控點傳輸設備主要為GPRS MODEM和載波通信裝置。圖3為分站硬件結構圖。

　　圖3 分站硬件結構圖

　　Fig.3 The Substation‘s Hardware framework

　　單燈監控終端裝設在每盞燈的燈柱或燈罩內，包括電力調制解調器、電源濾波器、微處理器、整流與補償單元、開關與電源單元、鎮流與啟輝單元等部分。采用專用可調光電子鎮流器，它包括一個鎮流器和光源狀態監視器兩部分。光源狀態監視器用于監測每盞燈的開關狀態，通過檢測其電流，實現對每盞燈的監測，如故障準確定位及明燈率的精確計算等。增加專用的故障測試儀可作為信號源輔助實現對單燈及相關設備、線路的故障冷測試，避免夜間開燈才能發現故障的情況，提高系統可靠性，確保高亮燈率。

　　4 系統軟件功能設計

　　系統軟件體系結構分為：平臺層，管理層，數據層，應用層。每個層次內部都由一組完成一定功能的軟件模塊構成，各個層次相互支撐，實現系統功能需求。將軟件體系規劃為C/S結構，基于互聯網架構，支持遠程訪問，支持多臺終端同時運行客戶端軟件，實行全組件模塊化設計，劃分為五大功能模塊：通信模塊、服務器模塊、管理模塊、監控模塊、GIS模塊[3].

　　圖4 照明網管理軟件系統體系結構圖

　　Fig.4 The Systematic Framework of Lightscape Network‘s Management Software

　　通信模塊：負責主站與分站之間各種信息雙向轉發，利用GPRS網來獲取所有終端的運行參數和告警信息，并將各種指令經過GPRS網傳遞給終端，對通信信息進行相應處理并分類入庫。

　　服務器模塊：包括數據服務器和WEB服務器，管理網絡共享資源和網絡通信，為網絡中的工作站提供各類網絡服務，如數據、程序等，同時進行數據的存儲與備份工作。

　　管理模塊：以地理信息系統為圖形界面，可同時調用監控模塊和GIS模塊數據，實現對全市照明系統日常工作的全面運行管理及系統高層應用分析。

　　監控模塊：是該系統的核心，集監測、控制、管理于一體。監測現場配電設備運行狀態，完成對現場設備的五遙工作。其功能包括遠程監控、報警提示、燈具保護、動態節電、分析查詢等。

　　GIS模塊：顯示管理范圍內的全部被管理對象的各種信息，自動與監控系統相互調用數據。可以進行對象設置、地圖操作、分站定位功能、作業計劃管理、照明設備的操作、查詢、統計和維護以及維修車輛的調度等功能。

　　上述基于GPRS無線通信和電力載波通信相結合的三層結構城市LMAS系統已在多座城市投入使用，且運行狀況良好，實踐表明，該方案具有組網簡單、節省投資、能源節約顯著、功能完備、結構合理等優勢，在技術和實現上完全可行。結合本文的優化設計思想，進一步的工作是其功能和結構的深入完善，功能上如故障呼叫搶修子系統和高級應用子系統的建設，結構上如進一步縮小子機體積等，相信城市照明網管理水平將達到新的高度。

　　5 、結論

　　本文在智能管理與節能控制方面對城市LMAS系統進行了全面的優化設計，同目前國內同類系統比較有較大改進與創新。理論和實踐表明，城市LMAS系統的建立應隨著城市建設的發展不斷擴展和完善，必須全面規劃，從全局的觀點出發，既要滿足現在的業務管理需求，還要考慮到今后的信息處理增長及其技術升級適應性的要求。圍繞智能管理和節能控制之目的，本著保護前期投資的原則，預留充足的設備和技術擴展裕度，達到穩定可靠，自動化程度高，節能效果顯著的目的。

　　參考文獻

　　[1] Theodore S Rappaport. Wireless Communication Principles and Practice[M]. Beijing： Publishing House of Electronics Industry, 1999.

　　[2] ROMAN P, TERO O. Wireless, internet- IMT-2000 /wireless LAN inter-working [J]. Journal of Communications and Networks,2000,(3)：147～149.

　　[3] 奚輝,張書亮,閭國年。 路燈AM/FM/GIS建設研究[J]. 現代測繪,2003,26(1)：36～39.

　　[4] 丁書文,黃訓誠,胡起宙。變電站綜合自動化原理及應用[M].北京：中國電力出版社,2003：39～41.

　　作者簡介：

　　吳強(1981-),男，湖南寧鄉人，碩士研究生，研究方向為電力系統自動化(Email：Wuqiang826@163.com Phone：13880955759);

　　滕歡(1965-),女，四川成都人，高級工程師，長期從事電力系統自動化科研、教學及工程實踐工作。

　　王凱富(1962-),男，內蒙古自治區人，高級工程師，長期從事工業控制工程實踐工作。

　　推薦期刊：《信陽農業高等專科學校學報》創刊于1990年，1998年被國家新聞出版總署批準為公開發行刊物，現為季刊，每期160頁碼，屬文理綜合性學報。